JPH09306410A - イオンビーム加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構造で生産効率が高く、加工精度が均
一且つ高いイオンビーム加工装置を提供する。 【解決手段】 自動搬送装置６は、準備室５内に保管さ
れている試料Ｗを処理室４に搬送する。この搬送の際に
は、必要に応じて仕切弁９を開閉する。保持・回転機構
１０は、搬送されてきた試料Ｗを保持する。保持・回転
機構１０は、イオンビームによる加工中、保持している
試料を、自転および公転させる。仕切弁９を必要に応じ
て開閉することで、準備室５と処理室４とを連通／隔離
する。これにより処理室４を真空に保ったまままで、扉
５４を通じて準備室５への試料Ｗの搬入・搬出ができ
る。逆に、準備室５に試料Ｗを保管したままで、扉４０
を通じて処理室４の部品交換等ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、イオンビームを用
いて試料を加工するイオンビーム加工装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来のイオンビーム加工装置としては、
例えば、特開昭６１−１６３２７０号公報に記載の技術
がある。この装置には複数枚の試料（ウエハ）を装着可
能なディスクが設けられている。ウエハを装着した状態
でこのディスクを回転および並進させることで、各ウエ
ハの加工を行なっている。しかしながら、この従来のイ
オンビーム加工装置では、各ウエハを回転させる際に各
ウエハの外周部分と内周部分との位置が入れ替わること
がなく、ウエハの各部は常に同じ円軌道上を移動してい
た。そのため、ウエハ上の各部におけるイオンビームの
照射量には、偏りがあった。

【０００３】各ウエハに偏りなくイオンビームを照射で
きるようにしたイオンビーム加工装置としては、例え
ば、特開平２−８０５６９号公報に記載されているもの
がある。この装置は、各ウエハを自転させるホルダを備
えている。また、該装置は、各ウエハを搬送する搬送装
置を備えており、イオンビームによる加工が終了した後
は、ウエハをホルダから外し、該搬送装置によって当該
ウエハを外部へ搬送するようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような産業用の機
械は、信頼性、コストが大きな問題となる。そして、こ
れらは具体的な構造、機構によって決定づけられるもの
である。にも関わらず、従来装置に関する文献（特開平
２−８０５６９号公報）には、回転機構等について具体
的な開示がなされていなかった。

【０００５】本発明は、簡素な構造で各試料に偏りなく
イオンビームを照射でき、且つ、生産性および加工精度
の高いイオンビーム加工装置を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の第１の態様によれば、イオンビームによる加
工が行われる処理室を構成する第１のチャンバと、加工
対象となる試料を前記処理室内において保持する保持機
構と、前記保持機構に保持された試料に対してイオンビ
ームを照射するイオンビーム発生装置と、前記試料を一
時保管するための準備室を構成する前記処理室に連通し
た第２のチャンバと、前記準備室と前記保持機構との間
で前記試料を搬送する搬送装置と、前記保持機構に保持
されている前記試料を、自転および公転させる回転駆動
機構と、を有することを特徴とするイオンビーム加工装
置が提供される。

【０００７】前記準備室と前記処理室とを気密を保って
仕切ることのできる開閉可能な仕切弁と、前記準備室と
前記処理室とを独立的に真空状態にする吸引装置とをさ
らに備えることが好ましい。

【０００８】前記第１のチャンバは、外界に対して前記
処理室を密閉／開放するための開閉可能な扉を備え、前
記第２のチャンバは、外界に対して前記準備室を密閉／
開放するための開閉可能な第２の扉を備えたものである
ことが好ましい。

【０００９】作用を説明する。

【００１０】搬送装置は、準備室内に置かれている加工
前の試料を処理室に搬送する。保持機構は、搬送装置に
よって搬送されてきた試料を保持する。イオンビーム発
生装置は保持機構に保持されている試料にイオンビーム
を照射することで加工を行う。この加工の際には、回転
駆動機構は、試料を自転および公転させる。この回転駆
動機構は、例えば、固定歯車とこれにかみ合う遊星歯車
とを組み合わせることで実現できる。

【００１１】仕切弁を閉じた状態で第１の扉を開くこと
で、処理室の真空状態を保ったままで試料の搬入・搬出
ができる。逆に、仕切弁を閉じた状態で第２の扉を開く
ことで、準備室の真空状態を保ったままで（つまり、準
備室内に試料を保管したままで）、処理室の修理・調整
などができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を用いて説明する。

【００１３】本実施形態のイオンビーム加工装置の概要
を図１、図２を用いて説明する。

【００１４】このイオンビーム加工装置は、イオンビー
ムによる加工を行うための処理室４と、該処理前および
処理後のウエハＷを収容等するための準備室５とを備え
ている。

【００１５】処理室４および準備室５は、それぞれ真空
チャンバで構成されている。処理室４と準備室５との間
には、両者間を気密を保って隔てることのできる開閉可
能な仕切弁９が設けられている。さらに、処理室４およ
び準備室５を真空状態にするための真空ポンプ（図示せ
ず）を備えている。これにより仕切弁９を閉じた状態
で、真空ポンプ等を作動させることで、処理室４と準備
室５とは、互いに独立的にその気圧調整，雰囲気ガスの
変更が可能な構成となっている。この真空ポンプ、仕切
弁９、搬送装置６等は、互いに連携して作動されるよう
になっている。

【００１６】また、処理室４には扉４０が、一方、準備
室５には扉５４が設けられている。従って、一方の室を
真空状態に保ったままで、他方の室を大気に解放するこ
とができるようになっている。

【００１７】準備室５は、保管室５０と搬送通路５２と
に分けられる。

【００１８】保管室５０は、イオンビームによる加工が
為される前のウエハＷおよび加工が為された後のウエハ
Ｗを一旦保管するための部分である。この保管室５０に
は、ウエハＷが載置される複数のカセット７や、これを
昇降させるカセットエレベータ８が設置されている。カ
セットエレベータ８は、各カセット７を昇降させ、目的
のウエハを自動搬送装置６が受け取ることができる位置
に移動させるものである。また、保管室５０は扉５４を
備えており、保管室５０へのウエハの収容・搬出は該扉
５４を通じて行うようになっている。

【００１９】搬送通路５２は、当該保管室５０と処理室
４とをつなぐ部分であり、自動搬送装置６が設置されて
いる。この自動搬送装置６は、保管室５０に収容されて
いる加工前のウエハＷを保持機構１１に渡すとともに、
保持機構１１から受け取った加工済みのウエハＷを保管
室５０に搬送するものである。

【００２０】処理室４には、イオンビーム発生装置１、
保持機構１１および回転駆動機構３が備えられている。
但し、これらはそのすべての部分が処理室４内に配置さ
れているわけではない。実際にウエハＷをハンドリング
する部分等だけが処理室４の内部に置かれている。

【００２１】イオンビーム発生装置１は、プロセスガス
を導入してプラズマを生成し、これを用いてイオンビー
ムを発生させるものである。

【００２２】保持・回転機構１０には、着脱可能な状態
でウエハＷを保持するためのものである。また、保持し
ているウエハＷのそれぞれを自転させるとともに、あら
かじめ定めた円周上を公転させるものである。該保持・
回転機構１０の具体的構成については、後ほど図３を用
いて説明する。

【００２３】傾斜機構３０は、保持・回転機構１０に保
持されているウエハＷを、加工時の位置，姿勢にするた
めのものである。この傾斜機構３０は、保持・回転機構
１０全体を傾斜させることで位置，姿勢を調整するよう
になっている。

【００２４】保持・回転機構１０の詳細を図３、図４を
用いて説明する。

【００２５】ウエハＷの公転運動は、中心シャフト１１
２を中心とした円周上を回転ステージ１００を移動させ
ることで実現している（図４参照）。つまり、回転ステ
ージ１００は、その下側面中央に設けられたシャフト１
０２をセンター部材１１０によって支持されている。従
って、このセンター部材１１０自体を、該センター部材
１１０の下側面中央に設けられた中心シャフト１１２を
中心として回転させることで、該回転ステージ１００
（すなわち、該回転ステージ１００に載せ置かれている
ウエハＷ）を公転させるようになっている。該センター
部材１１０の回転は、モータ１２０の回転駆動力を歯車
１２２によって中心シャフト１１２下部に取り付けられ
ている歯車１１４に伝達することでなされる。

【００２６】ウエハＷの自転運動は、シャフト１０２を
中心として回転ステージ１００を回転させることで実現
している（図４参照）。この回転は回転ステージ１００
に固定された歯車１０４を遊星歯車とし、台座に取り付
けられた歯車１０６を固定歯車とした機構によってなさ
れる。つまり、センター部材１１０によるシャフト１０
２の支持は、シャフト１１２が回転自在な状態でなされ
ている。シャフト１０２の下部には、遊星歯車となる歯
車１０４が取り付けられている。そしてこの歯車１０４
は、中心シャフト１１２と同心な位置に固定された歯車
１０６とかみ合わされている。これにより上述した公転
に伴って、回転ステージ１００が中心シャフト１２を中
心として回転されるようになっている。

【００２７】また、センター部材１１０によるシャフト
１０２の支持はその軸方向については固定されておら
ず、回転ステージ１１０はその上下方向についての位置
を変更可能に構成されている。また、この保持・回転機
構１０は、回転ステージ１００上においてウエハＷを固
定するためのための爪１３０等を備えている。本実施形
態ではウエハＷの回転ステージ１００へのセット・取り
外しは、後述する押し上げシャフト２００によってシャ
フト１０２（すなわち、回転ステージ１００）を押し上
げることで行うようになっている。この場合、爪１３０
等は、回転ステージ１００の高さ位置の変更に連携し
て、ウエハＷの固定・解放を行うようになっている。

【００２８】本実施形態では、回転ステージ１００を複
数備えており、一度に複数のウエハＷを保持できるよう
になっている。この回転ステージへ１００のウエハのセ
ット・取り外しは、上述した公転軌道上のあらかじめ定
められた位置（試料交換位置）において行われるように
なっている。従って、ウエハＷのセット・取り外しは、
当該回転ステージを該試料交換位置にまで移動させたう
えで行う。

【００２９】次に、上下動作機構２０の詳細を図５を用
いて説明する。

【００３０】この上下動作機構２０は、上下シャフト２
０２上端に設けられた押し上げシャフト２００によっ
て、上述の試料交換位置に来ている回転ステージ１００
を上方に押し上げるようになっている。回転ステージ１
００の下降は、上下シャフト２０２を下げることで行わ
れる。

【００３１】上下シャフト２０２には、ネジ孔２０６を
備えた板２０４が固定的に取り付けられている。そし
て、このネジ孔２０６には、該ネジ孔２０６に対応した
スクリューネジ２１０ａ，２１０ｂが通されている。こ
のスクリューネジ２１０ａ，ｂを、歯車２２２、２１２
を介して伝えられる上下用モータ２２０の回転力によっ
て回転することで、上下シャフト２０２を上下に移動さ
せることができる。上下シャフト２０２が上方に移動す
ることで、該上下シャフト２０２の上端に取り付けられ
ている押し上げシャフト２００が回転ステージ１００を
押し上げる構成となっている。

【００３２】準備室５へのウエハＷの収容から加工に至
る一連の動作を順を追って説明する。

【００３３】ここでは、あらかじめ真空ポンプを作動さ
せて、処理室４のみを真空状態にしているものとする。
準備室５は真空にはしていない。当然、仕切弁９は閉じ
ている。

【００３４】作業者は、ウエハＷを収容したカセット７
を、扉５４を開いて保管室５０に設置する。そして、扉
５４を閉じた後、真空ポンプを作動させて準備室５も真
空にする。

【００３５】この後、自動搬送装置６はカセット７に収
容されているウエハＷを取り出し、これを仕切弁９の前
まで搬送する。そして、ここで仕切弁９が開くまで待機
する。

【００３６】仕切弁９が開くと、自動搬送装置６は運ん
できたウエハＷを保持・回転機構１０の回転ステージ１
００にセットする。該ウエハＷのセットは、自動搬送装
置６、上下動作機構２０および保持・回転機構１０が連
係して動作することで行われる。つまり、自動搬送装置
６がウエハＷを、回転ステージ１００の真上にまで運ん
でくる。すると、保持・回転機構１０は、中心シャフト
１１２を中心とした公転を行わせることで、所望の回転
ステージ１００を、試料交換位置にまで移動させる。そ
の時、ウエハを載せ置こうとしている回転ステージ１０
０が試料交換位置に来たことが確認されると、続いて、
上下動作機構２０は、モータ２２０を作動させることで
押し上げシャフト２００を上方に移動させる。これによ
り当該回転ステージ１００が上方に押し上げられ、自動
搬送装置６の運んできていたウエハＷが該回転ステージ
１００に載せられることになる。回転ステージ１００に
載せられたウエハＷは、爪１３０によって固定される。

【００３７】自動搬送装置６は、この後も、カセット７
からのウエハＷを取り出し、搬送、回転ステージ１００
へのセットを繰り返し行うことで、すべての回転ステー
ジ１００に未加工のウエハＷをセットする。

【００３８】ウエハＷのセットが完了すると、仕切弁９
を閉じる。続いて、傾斜機構３０を作動させて、ウエハ
Ｗをイオンビーム発生装置１に対向させる。そして、イ
オンビーム発生装置１は、この状態でイオンビームをウ
エハＷに照射して加工を施す。この加工中、保持・回転
機構１０は、各ウエハＷをそれぞれ自転および公転させ
ることで、イオンビームが均一に照射されるようにす
る。

【００３９】加工完了後は、仕切弁９を開き、搬送機構
６によって加工後のウエハＷを１枚ずつカセット７に戻
してゆく。保持・回転機構１０からのウエハＷの取り外
しは、取り付け動作を逆に実施することで行われる。

【００４０】途中、処理室４内において何らかの不具合
等が生じた場合には、処理室４内にあるウエハＷをすべ
て準備室５に戻す。そして、仕切弁９を閉じた状態で、
扉４０を開き、修理などを行う。この場合、準備室５は
真空状態に保たれているため、該修理などの際に準備室
５内にあるウエハＷを該準備室５から退避させる必要は
ない。

【００４１】準備室５内に収容したウエハＷのすべてに
ついて加工を完了した後は、仕切弁９を閉じた状態で、
扉５４を開きウエハＷを準備室５から取り出す。そし
て、必要に応じて新たなウエハＷを準備室５に収容す
る。この時、処理室４は真空状態が保たれている。その
ため次回も前回と同じ条件での加工が可能となる。

【００４２】以上説明した実施形態によれば、一度に複
数のウエハをまとめて加工できるため、また、ウエハの
搬送・交換作業を自動化しているため、従来装置に較べ
て生産性が高い。

【００４３】加工中はウエハを自転および公転させるこ
とで、イオンビームの照射量の偏りをなくすことができ
る。また、処理室を大気に解放することなくウエハの交
換ができるため、ウエハ交換に伴って処理室に水分など
が進入することもない。従って、加工条件を一定に保つ
ことができ、加工精度の向上および均一化が可能であ
る。

【００４４】処理室または準備室のいずれか一方におい
てのみ何らかの異常が発生した場合でも、正常な室を開
くことなく修理・調整等が可能である。従って、事故な
どが発生した場合に復旧に要する時間が短くて済む。特
に、一度に処理する枚数を増やした場合には、それにつ
れて処理室，準備室は大型化しなければならず、一旦解
放した場合には加工処理を実行可能な状態にまで復旧に
要する時間が長くなるため、この効果は大きい。

【００４５】

【発明の効果】以上説明した通り本発明によれば生産性
の高いイオンビーム加工装置が得られる。また、加工精
度が高くしかも均一なイオンビーム加工装置が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態であるイオンビーム加工装置
の内部構造を示す平面模式図である。

【図２】イオンビーム加工装置の内部構造を示す側面模
式図である。

【図３】保持・回転機構１０の詳細を示す、一部を透視
状態とした模式図である。

【図４】自転および公転の様子を示す保持・回転機構の
平面図である。

【図５】保持・回転機構１０および上下動作機構２０を
示す模式図である。

【符号の説明】

１…イオンビーム発生装置、 ４…処理室、 ５…準備
室、 ６…自動搬送装置、 ７…カセット、 ８…カセ
ットエレベータ、 ９…仕切弁、 １０…保持・回転機
構、 ２０…上下動作機構、 ３０…傾斜機構、 ４０
…扉、 ５０…保管室、 ５２…搬送通路、 ５４…
扉、 １００…回転ステージ、 １０２…シャフト、
１０４…歯車、 １０６…歯車、 １１０…センター部
材、 １１２…中心シャフト、 １１４…歯車、 １２
０…モータ、 １２２…歯車、 ２００…押し上げシャ
フト、 ２０２…上下シャフト、 ２０４…板、 ２０
６…ネジ孔、 ２１０…スクリューネジ、 ２１２…歯
車、 ２２０…上下用モータ、 ２２２…歯車、 Ｗ…
試料（ウエハ）、

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】イオンビームによる加工が行われる処理室
   を構成する第１のチャンバと、 加工対象となる試料を前記処理室内において保持する保
   持機構と、 前記保持機構に保持された試料に対してイオンビームを
   照射するイオンビーム発生装置と、 前記試料を一時保管するための準備室を構成する前記処
   理室に連通した第２のチャンバと、 前記準備室と前記保持機構との間で前記試料を搬送する
   搬送装置と、 前記保持機構に保持されている前記試料を、自転および
   公転させる回転駆動機構と、 を有することを特徴とするイオンビーム加工装置。
2. 【請求項２】前記準備室と前記処理室とを気密を保って
   仕切ることのできる開閉可能な仕切弁と、 前記準備室と前記処理室とを独立的に真空状態にする吸
   引装置とをさらに備えること、 を特徴とする請求項１記載のイオンビーム加工装置。
3. 【請求項３】前記第１のチャンバは、外界に対して前記
   処理室を密閉／開放するための開閉可能な扉を備えたも
   のであり前記第２のチャンバは、外界に対して前記準備
   室を密閉／開放するための開閉可能な第２の扉を備えた
   ものであること、 を特徴とする請求項２記載のイオンビーム加工装置。